基于NX 10/PTS的工艺装备快速设计研究

2019-07-15陈小军

装备制造技术 2019年5期

陈小军

（航空工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏南京211106）

0 引言

基于模型的NX平台工艺装备设计旨在快速直观，在没有合理的运用相应设计工具，很多时候都是简单重复性劳动，复制结构类似的夹具然后逐项修改，不但低效而且容易遗漏出错。在NX平台需要一个可以存储知识的平台工具，将优秀的设计方案固化。而NX平台的PTS工具正好可以满足这些需求，通过简单的设置即可实现十分强大的功能，关键是不需要其他诸如编程等能力，普通机械设计人员就能轻松实现，给设计工作带来极大的便捷。

1 PTS应用场景与优势

1.1 需求与应用场景

一般在工艺装备（简称工装）设计过程中，存在大量形状和结构类似，只有部分关键尺寸有差别的零部件需要设计专用工装。如每次都全新设计建模，将面临大量重复性工作，特别是许多设计工作在二维环境下更是如此，效率十分低下。因此需将工装三维模型参数化，此后设计时只需输入工装模型的几个关键的参数，在NX中尺寸驱动构建所需夹具的三维模型，对应自动化生成二维工程图实现快速设计。

1.2 工装快速设计的现状

目前常见的NX快速设计功能模块大致有：各类NX外挂（模具设计外挂、电极外挂等），或者是专业定制的国家标件或者行业标准件。这些经过二次开发的专业模块都能很好的解决工装设计基础构架所需的标准模块，方便快捷。但是其依赖于基于二次开发专业定制，其扩展性和维护性就显得比较薄弱，需要专业团队维护。同时互联网存有大量免费共享的各类二次开发的快速设计专业模块和外挂系统，其准确性权威性就很难甄别，只能用于业余爱好使用，一旦应用于工厂生产容易适得其反。

1.3 同平台其它工具对比（优势）

模块化（参数化）设计在NX里有几种常见方法，一是利用部件族的方法，但该方法一般只用来定义系列化（一一对应关系）的零部件，例如常见国家标准件；第二是可重用库（非标库），常用来管理简单的复用零件，对可变形的零部件设计起来有些不是很直观，缺乏可视化设计界面；第三是二次开发定制的工具条，功能强大但是涉及知识面广，普通工程技术人员很难完成，如外包给专业公司定制则费用较高，一般小型公司很难承受。而产品模块工作室，既有二次开发般的友好的可视化交互界面，又有许多实用的参数化设计功能模块，是普通设计人员知识积累的利器。

2 PTS启动方法与设计流程

2.1 开启方法

在NX10中开启PTS有2种方法，区别于8.5以前的版本只有一种开启方法[1]。本文主要介绍新的开启方法，启动NX10——新建模型——启动——PTS Author，就直接进入到PTS环境，左侧是功能区，新建模板对话框就是以后使用的界面，可以直接往其中添加组和各类控件。NX8.5版本以前则是在NX工具——产品模块工作室，特别提示需要正确配置JAVA系统环境才能正常启动PTS功能模块，新版本NX中不建议该启动方式。

2.2 PTS单件模块设计流程

工欲善其事，必先利其器，首先在NX建立目标零件模型，利用表达式将其参数化，再进入PTS模块构建可视化的零件调用界面，如图1所示左侧是PTS里参数化制作模块，右侧是调用模块图，简单设置即可建立如系统集成重用库中国际标准件般的模型。通过拖入或添加左侧的表达式到相应需要控制的参数栏，选择参数的类型一般有输入、列表、测量值等，即可生成相应的对话框来控制参数，另在PTS中添加可视化规则可实现部件族没有的可控的参数设计。例如图1中的菱形销，在（9

图1 NX10中PTS操作界面（上图）和调用方法（下图）

2.3 PTS组件模块设计流程

PTS不仅仅可以建立系统集成的标准件般的单个零件，还可以建立组件。例如在工装设计开发过程中常用的压紧组件（螺栓压板等机构），还有常用组合定位机构（例如手拉定位器等）等。建好组件装配模型后将各个子模型都保存到同一个文件夹下，按照自己的工作需求规范化命名，命名一定要能充分表达参数化设计特征，方便管理和检索。

一整套工装在NX里本质上是一套功能齐全的装配组件，构建一个结构相对简单的装配组件来展示PTS组件设计功能。工艺装备设计一般是自顶向下设计，即是先建立一个装配模型，添加工件模型作为子组件，在此基础上逐步搭建工装所需的各零部件。建立通过正确约束的装配模型时，通过表达式的部件间参数链接来逐级传递参数。例如：在PTS定义输入量来定义零件的尺寸，先要求输入一个定位尺寸直径D，再将D值通过部件间的表达式来传递给定位销。定位销根据传递过来的D值，选择合适的大小直径d1，再将定位销的直径d1传递给夹具的基体底板，用于定义底板安装孔，逐级传递装配参数实现了一个夹具的快速搭建的PTS模型。具体操作如图2所示。

图2 参数逐级传递图（部件间连接）

再到PTS模块将装配组件做成PTS模块，定义输入量D（设定工件定位尺寸），方法同2.2中介绍。完成这些操作后保存退出，新建装配文档，调入工件零件模型，在壳体模型上右键调出编辑可重用组件，就出现下图的模板浏览器，双击后输入定位尺寸D（D可以是测量加工的工件尺寸）即可实时得到我们想要的装配组件（夹具），这样就实现了一个简单零件的工装的快速设计。而且可以在PTS模块中一并完成二维工程图的工作，通过简单的几部操作就设计出复杂的成套工装，直接输出工程图下达到下游制造环节。只需工件（被加工零件）模型相似，即便非专业人员（例如工艺技术人员，组合夹具搭建人员）也能快速设计出合格夹具。详细步骤如图3所示。

图3 组件搭建和库的调用

2.4 PTS模块快速设计全过程实例

首先构建整套夹具装配模型，建立被加工零件相关参数表达式，自顶向下逐级传递到各个标准件和非标准件。再通过PTS模块功能建立快速设计夹具模型，放置到分类库中。设计该类零件夹具时根据实际零件的相关参数输入或者直接在零件模型中测量值填入PTS快速设计模块中，如图4左侧对话框。通过左侧的输入零件（壳体零件）相关参数：零件的轮廓尺寸：长度、宽度，零件中心孔直径，角向定位孔直径，还有2孔的距离等关键尺寸，就能快速设计一套完全定位的铣夹具，实际设计过程中只需按需要添加压紧组件即可。在构建装配模型时可以附带建立相应的工程图，修改相关定位参数后可以自动更新至工程图中。

图4 铣夹具快速设计实例

3 PTS模型库管理和设计流程优化

3.1 PTS模型库管理

如将每套工装都单独保存在文件夹下，调用时可能会改动源文件，不利于重复使用，故常采用NX自身的可重用库来管理模型。建立如图3右侧的可重用库，将完成的PTS装配文件子组件等全部放入各自的重用库源文件夹里。对于有完善的teamceter协同平台的用户，可以利用在线资源库统一管理，无需单独配置本地库。功能丰富的工装设计PTS模块库常由多人协同完成，每个角色设计的模块如果按统一规范操作。如有开发能力和条件亦可以采用参考文献[2]中的库管理方法。我单位采用的是图5的开发和管理模块流程，分角色任务和角色权限来维护PTS模块库，采用统一的规范制作模块归档入库，确保设计方案正确，工程图完备。而规范统一的命名规则是快速检索的基础，这些操作规范和命名规范都需要做顶层设计全局考量，满足日后快速调用。如有条件亦可定制一套专用的管理库类似参考文献[2]。

3.2 基于三维模型的工装快速设计优化

随着PTS工装设计系统模块库不断完善，工装设计流程也随之发生改变如图5、图6按规则检索成为设计的一个开端，而库的层级和分类对于搜索效率至关重要，一定要尽可能涵盖所有类别，分类尽量细化，在TC中能提供结构化预览对于选用效率也尤为重要。对于库中已有模块直接调用，如不包含则根据需求（工装是否多次被借用）是否有必要建立PTS重用模型库，从而使整个设计流程更简化、高效。对于二维工艺，可以人工读取相关参数快速设计，而相应工序有三维模型（基于三维工艺）的工装设计则显得更为直观快速。

图5 开发管理流程图

图6 工装设计优化流程图

3.3 局限性和发展趋势

利用PTS模块搭建的组件模型时，每次调用模型虽然不会改动源文件，但是每次都会生成一个对应尺寸的模型，放置于主装配模型所在文件夹。对于有大量标准件的装配组件显得有些冗余，而对于专用件生成单独模型则是十分符合需求。故构建标准件亦可采用部件族引用单独实例来表达，在装配中至少反映引用关系，而不会生成独立标准件模型。个人建议标准零件，特别是有确定参数的标准件一般还是采用类似系统集成的GB件之类的，或者部件族一类的方法构建。而参数是范围值的可变形专用件和成套夹具则比较适合采用PTS模块制作。

对于快速智能化装配目前PTS功能相对薄弱，逐步出现采用二次开发的基于模型驱动和基于装配特征的快速装配技术也是未来发展方向，可变形组件也变得越来越智能化，操作越发简易化。